Astronomen haben einen Weg gefunden, die Gasmenge in protoplanetaren Scheiben direkt zu messen, ohne Annahmen über die relativen Mengen verschiedener Gasarten treffen zu müssen, wodurch diese Methode genauer und robuster als frühere Methoden wird.
Planeten entstehen in protoplanetaren Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne. Wissenschaftler untersuchen protoplanetare Scheiben, indem sie ihre Spektren betrachten, die Wellenlängen von Radiowellen, die von Komponenten der Scheibe emittiert werden. Wasserstoffgas ist der Hauptbestandteil protoplanetarer Scheiben, aber es ist schwierig, es direkt zu messen, da es keine effizienten Radiowellen aussendet. Kohlenmonoxid wird häufig als Stellvertreter verwendet, aber das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid kann je nach Umgebung unterschiedlich sein, was zu großen Unsicherheiten bei Schätzungen der Gesamtmasse führt.
Ein Team unter der Leitung von Tomohiro Yoshida, einem Doktoranden an der Graduate University for Advanced Studies in Japan, durchsuchte die Archivdaten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) nach Beobachtungen der nächsten protoplanetaren Scheibe um den Stern TW Hydrae. Daraus erzeugten sie ein Radiobild, das 15-mal empfindlicher war als frühere Studien, sodass sie nicht nur die Wellenlängen der Spektrallinien, sondern auch ihre Formen untersuchen konnten.
Anhand der Form der Kohlenmonoxidlinien konnte das Team den Gasdruck nahe der Mitte der Scheibe messen. Dieser Druck gibt die Gesamtmasse des Gases in der Nähe des Zentrums an, ohne dass Annahmen über das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid getroffen werden müssen. Das Team fand heraus, dass trotz des nahen Endes des Planetenbildungsprozesses immer noch genug Gas in der inneren Region des TW Hydrae-Systems vorhanden ist, um einen Planeten von der Größe eines Jupiters zu bilden.
Yoshida, der Hauptautor dieser Studie, sagt: „Wir möchten diese neuartige Technik auf andere Scheiben anwenden und die Gasmenge in planetenbildenden Scheiben mit verschiedenen Eigenschaften und in verschiedenen Altersstufen untersuchen, um den Gasabgabeprozess und den Entstehungsprozess zu klären von Planetensystemen.“
Diese Ergebnisse erschienen als „Discovery of Line Pressure Broadening and Direct Constraint on Gas Surface Density in a Protoplanetary Disk“ in Die Briefe des astrophysikalischen Journals am 22.09.2022.
Mehr Informationen:
Tomohiro C. Yoshida et al., Entdeckung der Leitungsdruckverbreiterung und direkte Einschränkung der Gasoberflächendichte in einer protoplanetaren Scheibe, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac903a